JURNAL TEKNIK POMITS
1
Desain Balok Jembatan Konvensional Dengan Penulangan Fiber Reinforced Polymer (FRP) Alfred Lesmana, Prof Tavio ST, MT, Ph.D dan Hidayat Soegihardjo Ir, Dr, MS. Jurusan Teknik Sipil, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected],
[email protected],
[email protected]. Abstrak— Beton sebagai salah satu bahan bangunan yang banyak digunakan untuk pembangunan gedung memiliki kelemahan dalam menahan gaya tarik, oleh karena itu beton harus diperkuat dengan suatu material lain yang mampu menahan gaya tarik. Baja merupakan material campuran pada beton sehingga menghasilkan komponen struktur beton bertulang yang mampu menahan gaya tarik maupun gaya tekan dengan baik. Tulangan baja merupakan material yang mudah korosi terutama pada lingkungan yang extreme sehingga memerlukan perawatan untuk menjaga kekuatan beton bertulang terhadap gaya tarik, Dengan adanya kemajuan teknologi di bidang konstruksi khususnya teknologi bahan kini telah ditemukan metode baru dalam mempertahanan ketahanan beton bertulang, dengan ide dasarnya mengganti tulangan pada beton dengan material yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP). FRP merupakan bahan yang ringan, memiliki kuat tarik yang tinggi, anti magnetic dan tahan terhadap korosi. Bahan ini dapat digunakan sebagai alternatife pengganti material baja tulangan pada konstruksi beton bertulang atau sebagai material untuk menambah kekuatan konstruksi yang sudah ada. Penggunaan FRP lebih populer mengingat banyaknya keuntungan yang dapat diperoleh seperti bobot unit yang kecil, mudah diaplikasikan dan ditangani, biaya instalasi dan pemeliharaan yang rendah. Kerugian yang paling prinsip penggunaan FRP sebagai sistim perkuatan adalah harga material yang relatif lebih mahal. Pada situasi tertentu, bagaimanapun, FRP memberikan jalan keluar yang paling ekonomis dalam masalah perkuatan karena secara dramatis dapat menekan biaya tenaga kerja Dalam Tugas Akhir ini, penulis berusaha untuk mendesain balok jembatan konvensional bentang pendek menggunakan beton bertulangan FRP mengikuti peraturan ACI 440.1R-06.
Kata Kunci: Balok Jembatan Konvensional, FRP, ACI 440.1R-06.
I. PENDAHULUAN
J
embatan adalah salah satu sarana transportasi yang berfungsi untuk menghubungkan dua bagian jalan yang terputus oleh adanya rintangan-rintangan seperti lembah yang dalam, alur sungai saluran irigasi, selat dan laut. Berdasarkan panjang bentangnya, jembatan dibagi menjadi dua macam yaitu jembatan bentang pendek dan jembatan bentang panjang, dimana bentang pendek disini didefinisikan sebagai jembatan dengan panjang bentang lebih kecil dari 120 meter dan bentang panjang adalah jembatan dengan panjang bentang lebih dari 120 meter. Jembatan Ciayu merupakan salah satu jembatan yang menghubungkan desa Ranca Buaya dengan desa Pameungpeuk yaitu ruas Jalan Pameungpeuk dan Jalan Cidaun yang terletak pada wilayah Garut selatan. Jembatan yang melintas di atas sungai Cihideung ini memiliki lebar kurang lebih empat meter dengan struktur bangunan atas berupa rangka baja dengan pelat kayu dan abutment jembatan berupa beton bertulang. Jembatan ini dibangun pada tahun 1971, dengan bentang jembatan ± 14 m, maka jembatan ini diklasifikasikan sebagai jembatan bentang pendek. Dengan perkembangan ekonomi desa Pameungpeuk serta kondisi jembatan Ciayu yang usianya mencapai 42 tahun, Jembatan Ciayu membutuhkan banyak perbaikan dan perawatan untuk mempertahankan kekuatan strukturnya. Saat ini kondisi lantai jembatan sudah kurang layak untuk dilalui kendaraan roda empat dan lebar yang hanya 4 meter dirasa tidak efektif untuk melayani kebutuhan transportasi masyarakat, sehingga perlunya dibangun suatu jembatan baru untuk memenuhi kebutuhan masyarakat yang perkembangan ekonominya semakin meningkat. Untuk itu akan dicoba mendesain konstruksi jembatan Ciayu baru, lebar sungai yang pendek dan meningkatnya kebutuhan transportasi masyarakat maka dipilih jembatan dengan menggunakan sistem gelagar balok bertulang. Jembatan ini direncanakan memiliki bentang total ± 15 m dan lebar 7,5 meter. Karena lokasi jembatan yang berada < 5KM dari pantai maka
JURNAL TEKNIK POMITS
2
penulangan balok berton tidak menggunakan baja untuk menambah kekuatan struktur, tetapi menggunakan material yang kuat, ringan dan tahan korosi, seperti menggunakan Fiber Reinforced Polymer (FRP). II. TINJAUAN PUSTAKA
FRP merupakan bahan yang ringan, memiliki kuat tarik yang tinggi, anti magnetic dan tahan terhadap korosi. Bahan ini dapat digunakan sebagai tulangan pada konstruksi beton ber-tulang, FRP cukup baik untuk pengganti tulangan baja pada beton bertulang dan terbukti kuat digunakan sebagai material untuk meningkatkan ketahanan struktur balok, kolom, joint balok kolom dan berbagai struktur lainnya terhadap gempa bumi. FRP mem-punyai kekuatan ultimate yang lebih tinggi dan bobot yang lebih rendah dibandingkan dengan baja sehingga penanganannya secara signifikan menjadi lebih mudah. FRP yang dijual dipasaran terbuat dari bahan dasar aramid FRP (AFRP), carbon FRP (CFRP), dan glass FRP (GFRP) (ACI 440R). type perkuatan FRP diproduksi dalam bentuk jaring, batang tulangan, lembaran tipis dan tali. Bentuk batang memiliki type yang bervariasi bentuk penampang (kotak, longkaran pejal, dan berongga) dan system deformation (exterior wound fibers, sand coatings, dan separately formed deformations).
B. Sifat mekanik dan perilaku Tabel Sifat Tarik Tulangan Baja
GFRP
Kuat tekan nominal (MPa)
276 s/d 517
Kuat tarik (MPa) Modulus Elastisitas (GPa)
483 s/d 690
483 s/d 1600
200
35 s/d 51
CFRP
N
N
/A
/A
120 s/d 580
Tabel Koefisien Termal Ekspansi Tulangan Arah
Koefisien termal ekspansi, x 10-6/ºc Baja
Melintang, α T
GFRP s
CFRP s
AFRP
6,0 /d 10,0 -9,0 /d 0,0 -6,0 s /d -2,0 11,7 21,0 s /d 23,0 41,0 s /d 58,0 60,0 s /d 80,0
Memanjang, α L 11,7
*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0.5 s/d 0.7
/A
41 s/d 125
*nilai khusus untuk volume fiber kisaran 0,5 s/d 0,7
III.. METODOLOGI Metodologi Tugas Akhir ini dapat dilihat pada Gambar 1.
A. Sifat fisik Tabel Perbandingan Densitas Tulangan (ton/m3)
GFRP CFRP AFRP 1,25-2,10 1,15-1,60 1,25-1,40
N
600 s/d 3690 1720 s/d 2540
Gambar 2.1 Bentuk Tulangan FRP
Baja 7,90
AFRP
Gambar 3.1 Metodologi Tugas Akhir
JURNAL TEKNIK POMITS
3
IV.HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam perencanaan jembatan konvensional ini, gelagar utama dan pelat lantai akan dicor menjadi satu kesatuan (monolid), sehingga balok jembatan akan bersifat sebagai balok T.
A. Spesifikasi Bahan Tabel Spesifikasi Beton
Konstruksi Mutu beton fc (Mpa) Balok 30 Plat lantai 30 Diafragma 25 Sandaran 25
b.eff t
Tabel Spesifasi Tulangan Balok H
Tulangan
h1
ø (mm)
f* fu (Mpa)
Ef (GPa)
Lentur
25,4
597
Geser
9,525
765
49,1 43,2
B. Pembebanan Berdasarkan buku ―Batan Standar Nasional–RSNIT02-2005‖ pembebanan yang direncanakan akan berpengaruh besar terhadap desain balok jembatan Ciayu, terdiri dari : 1) Beban berat sendiri (berat mati) dan beban mati tambahan 2) Beban lajur ―D‖ dan beban garis ―KEL‖ 3) Beban pejalan kaki dan beban terpusat ternak
bw
Gambar 4.1 Penampang Balok Jembatan Ciayu Dengan :
beff = 1500 mm bw = 500 mm H = 1200 mm t = 200 mm h1 = 1000 mm
RAILING
BERM 20 cm X 75cm PELAT BETON 20cm
VOID
1
DIAFRAGMA
1500
VOID
2
DIAFRAGMA
e*fu 0,014 0,019
PERK. ASPAL 5cm
VOID
3
DIAFRAGMA
VOID
4
DIAFRAGMA
5 500
7500 Gambar 4.2 Penampang Balok Jembatan
JURNAL TEKNIK POMITS
4
Tabel Momen dan Gaya Geser Tengah Bentang MD ML MD+L Beban kN-m kN-m kN-m berfaktor 760,10625 1378,0125 2138,11875 non-faktor 595,40625 765,5625 1360,96875
VU kN 94,17 52,65
Geser Gaya geser ultimate tengah bentang VU = 94,17 kN Perlawanan gaya geser dari beton VC = √
C. Perhitungan Kontrol Balok Lentur Menghitung rasio kondisi seimbang tulangan FRP ρfb = 0.85β1
(ACI 440.1R;8-3)
rasio tulangan pakai = Tegangan FRP saat terjadi kegagalan terhadap
= √ = 319919,334 N Tulangan geser diperlukan untuk menahan gaya geser yang terjadi dan untuk tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak minimum menurut ACI 318-05 nilai terkecil antara d/2 dan 600mm. Kontrol
beton ( [√
)
]
(
)
(ACI 440.1R;8-4a) (
)
= 119969,75 N Maka tidak diperlukan tulangan untuk menahan gaya geser, pakai tulangan geser tulangan praktis pengikat tulangan lentur dengan jarak terkecil . yaitu Tabel Kebutuhan Penulangan Geser Balok
= 4029,316 kN-m Tabel Tulangan Lentur Pakai Pada Balok Mu
d
∑
2 Status Penulangan
Jarak
ɸMn
bar (mm) 7500 7000 6500 6000 5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2
(kN-m) 2138.1188 2084.67 2018.4938 1939.59 1847.9588 1743.6 1626.5138 1496.7 1354.1588 1198.89 1030.8938 850.17 656.7188 450.54 231.6338 0
(mm) 1080 1120 1120 1080 1090 1100 1130 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110 1110
28 25 25 24 22 20 17 15 15 15 15 15 15 15 15 15
O: Over-Reinforced
(kN-m) 2619.0552 2663.0018 2663.0018 2472.0075 2427.1955 2361.65 2098.9649 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192 1843.5192
0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013 0.013
0.0263 0.0226 0.0226 0.0225 0.0205 0.0184 0.0152 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137 0.0137
O O O O O O O O O O O O O O O O
k
d
Vu
(mm) (mm) (kN) 7500 0.25 1080 94.17 7000 0.25 1090 119.625
Vf
Kondisi
5
Jarak
S
(kN) (kN) 112.37 110.92 -
T Pmin
(mm) 540 440
145.08
108.82
-
Pmin
440
6000 0.23 1100 170.535
104.97
-
Pmin
440
5500 0.23 1100 195.99 5000 0.21 1130 221.445 4500 0.2 1130 246.9 4000 0.2 1130 272.355 3500 0.2 1130 297.81 3000 0.2 1130 323.265 2500 0.2 1130 348.72 2000 0.2 1130 374.175 1500 0.2 1130 399.63 1000 0.2 1130 425.085 500 0.2 1130 450.54 0 0.2 1130 475.995
102.25 99.26 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66 94.66
Pmin 22.93 P 57.57 P 83.03 P 108.48 P 133.94 P 159.39 P 184.85 P 210.30 P 235.76 P 261.21 P 286.67 P
440 3794 1511 1048 802 649 546 471 414 369 333 303
6500 0.24 1090
5
T: Tidak memerlukan tulangan geser P: perlu tulangan geser Pmin: perlu tulangan geser minimum
Afv = 143 mm2 ffv = 0,7 × 769 = 538,3 M Pa
JURNAL TEKNIK POMITS
5
D. Hasil Perhitungan Hasil dari perhitungan diatas menunjukan perbedaan ke-butuhan tulangan untuk balok tengah, sebagai berikut : 2, 3, dan 4
No.
TUMPUAN
POTONGAN
LAPANGAN
h UKURAN
t
1200 200
1200 200
beff bw
1500 500
1500 500
TULANGAN ATAS
2 Ø25,4
2 Ø25,4
TULANGAN BAWAH SENGKANG
28 Ø25,4 Ø9,5 - 440
15 Ø25,4 Ø9,5 - 300
POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH NAMA GAMBAR
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN PERENCANAAN INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA PROGAM STUDI S1 TEKNIK SIPIL
POTONGAN MELINTANG BALOK TENGAH
SKALA
1 : 20
DOSEN PEMBIMBING
NO. GAMBAR
Prof Tavio, ST., MT., Ph.D
5 5
Hidayat Soegihardjo, Ir. MS, Dr.
MAHASISWA
Alfred Lesmana 3108100129
Gambar Penulangan Balok Jembatan E. Pembanding tulangan lentur baja Apabila menggunakan baja konvensional mutu fy=400 MPa, kebutuhan tulangan lentur untuk menahan beban yang bekerja pada balok tengah dengan Mu =2138,11875 kN-m dengan penampang b=500mm, d=1000mm, maka memerlukan: 18 ɸ25, Mn = 2839,667 kN-m – under-reinforced; tetapi 35 ɸ25, Mn = 5668,785 kN-m – over-reinforced. V. KESIMPULAN Kesimpulan yang didapat setelah dilakukan analisa desain balok jembatan menggunakan tulangan fiber reinforced polymer (FRP) adalah sebagai berikut : Dengan kekuatan tarik FRP yang besar, maka rasio kondisi seimbang penulangan menggunakan FRP akan selalu lebih kecil bila dibandingkan dengan rasio penulangan menggu-nakan baja konvensional pada ondisi seimbang. Penulangan yang menggunakan tulangan FRP mengharus-kan penampang didesain overreinforced, sehingga jumlah tulangan pakai akan sama atau lebih banyak dari perkuatan menggunakan tulangan baja yang didesain underreinforced.
Desain penulangan menggunakan FRP harus bersifat over-reinforced karena FRP tidak memiliki batas leleh saat mencapai beban ultimate. Berat struktur menggunakan penulangan FRP akan lebih ringan, karena berat jenis FRP yang hanya sebesar ±
berat jenis baja, sehingga secara
signifikan berat struktur akan bertambah ringan VI DAFTAR PUSTAKA Alami, Fikri. 2010 Perkuatan Lentur Balok Beton Bertulang Dengan Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP). Prosiding Seminar dan Pameran Haki 2010 - ― Perkembangan dan Kemajuan Konstruksi Indonesia‖ American Concrete Institute, 2005. BUILDING CODE REQUIREMENTS FOR STRUCTURAL CONCRETE AND COMMENTARY, ACI 318M05.
Badan Standard Nasional. 2005. PEMBEBANAN UNTUK JEMBATAN (RSNI T-02-2005).
JURNAL TEKNIK POMITS
Badan Standard Nasional. 2004. PERENCANAAN STRUKTUR BETON UNTUK JEMBATAN (RSNI T-12-2004). Bank, Lawrece C. 2006. Composites for Construcrion: Structural Design with FRP Material, Canada: John Wiley & Sons, Inc. Chair, John P B. 2006. Guide for the Design and Construction of Structural Concrete
Reinforced with FRP Bars , America: ACI Cimmittee 440 Kader, Suardana. 2012. KINERJA BALOK BETON BERTULANG DENGAN PERKUATAN LENTUR LEMBAR CFRP YANG DIVARIASI MENURUT MUTU BETON DAN DALAM JUMLAH LAPIS LEMBAR CFRP, Bali: Jurusan Teknik Sipil Politeknik Negeri Bali Pandia, Andreas. 2010. Perilaku Balok Bertulang Yang Diberi Perkuatan Geser Menggunakan Lembaran Woven Carbon Fiber. Sumatra Utara: Jurusan Teknik Sipil USU
Victor, D. Johnson. 1980. ESSENTIALS OF BRIDGE ENGINEERING. Azwarudin.blogspot.com/2008/02/pengertianjembatan.html?m=1
6
